Question

现有一包铝热剂是铝粉和氧化铁粉末的混合物，在高温下使之充分反应，将反应后的固体分为两等份，进行如下实验（计算pH时假定溶液体积没有变化）：
①向其中一份固体中加入100mL 2.0mol/L的NaOH溶液，加热使其充分反应后过滤，测得滤液的pH=14，
②向另一份固体中加入140mL 4.0mol/L的HCl溶液，使固体全部溶解，测得反应后所得溶液中只有H⁺、Fe²⁺和Al³⁺三种阳离子且pH=0
（1）写出该铝热反应的化学方程式

 

，写出实验①发生的离子方程式

 

．
（2）这包铝热剂中铝粉的质量为

 

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（3）计算这包铝热剂中氧化铁粉末的质量．（写出计算过程）

 

．

Answer 1

考点：有关混合物反应的计算

专题：计算题

分析：①反应后溶液显碱性，说明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，Fe及其氧化物和碱不反应，则溶液里的物质就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-浓度是1mol/L，则根据钠离子守恒可知，AlO₂^-的物质的量就是0.1mol；
②反应后pH=0，则氢离子的物质的量是0.14mol，由①可知，在第二个反应中Al³⁺的物质的量是0.1mol，氯离子的物质的量是0.56mol，所以亚铁离子的物质的量是（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根据反应式2Al+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+Al₂O₃可知，反应后每一份中单质铁的物质的量是0.06mol，反应后每一份中单质铝的物质的量是0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和盐酸的反应生成的氢气，据此解答．

解答： 解：①反应后溶液显碱性，说明溶液中元素Al都以AlO₂^-形式存在，Fe及其氧化物和碱不反应，则溶液里的物质就是NaAlO₂、NaOH，其中OH^-浓度是1mol/L，则根据钠离子守恒可知，n（AlO₂^-）=n_总（NaOH）-n_{反应后溶液}（OH^-）=0.1L×（2.0 mol?L^-1-1.0 mol?L^-1）=0.1 mol，
②反应后pH=0，则氢离子的物质的量=1mol/L×0.14L=0.14mol，由①可知，在第二个反应中Al³⁺的物质的量是0.1mol，氯离子的物质的量=4mol/L×0.14L=0.56mol，所以亚铁离子的物质的量是（0.56-0.14-0.1×3）mol÷2=0.06mol；
根据反应式2Al+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+Al₂O₃可知，反应后每一份中单质铁的物质的量是0.06mol，反应后每一份中单质铝的物质的量是0.1mol-0.06mol=0.04mol，所以Al再和盐酸的反应生成的氢气，
（1）Al与氧化铁在高温下反应生成Fe与氧化铝，反应方程式为：2Al+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+Al₂O₃；
由上述分析可知，铝粉和氧化铁粉末的混合物反应后固体为Fe、氧化铝及剩余的Al，反应①中Fe和碱不反应，反应离子方程式为：Al₂O₃+2OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+Al₂O₃；Al₂O₃+2OH^-=AlO₂^-+2H₂O、2Al+2H₂O+2OH^-=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由Al元素守恒可知，每份铝热剂中n（Al）=n（AlO₂^-）=0.1mol，故整包铝热剂中m（Al）=0.1mol×2×27g/mol=5.4g，故答案为：5.4g；
（3）由Fe元素守恒可知，每份铝热剂中n（Fe₂O₃）=

1

2

n（Fe²⁺），故整包铝热剂中n（Fe₂O₃）=0.06mol×

1

2

×2=0.06mol，故整包铝热剂中m（Fe₂O₃）=0.06mol×160g/mol=9.6g，
故答案为：9.6g．

点评：本题考查混合物计算、铝热反应、金属溶于酸碱的有关计算等，该题难度较大题，既要根据电荷守恒，计算离子的浓度，还要判断铝热反应中反应物的过量问题，对学生的思维能力和审题能力都提出了较高的要求，（1）中与碱的离子方程式书写需要进行计算确定，为易错点．